アクション映画のヒーローから悪役の暗殺者まで、生物素材と人工素材を組み合わせたバイオ・ハイブリッド・ロボットは多くのSF作品で主役を演じ、今日のロボティクスのイノベーションに影響を与えてきた。ヒトそっくりのロボットが私たちに混じって日常生活を送るのはまだずっと先の話だが、このたび日本の科学者たちがこのような未来をぐっと引き寄せた。ロボットに生きたヒトの皮膚をまとわせることに成功したのだ。学術誌『Matter』に2022年6月9日に論文として掲載された今回の新手法により、指型ロボットが、皮膚のようなテクスチャだけでなく防水性と自己修復機能も獲得したという。

生きた皮膚で覆われたロボットの指の傷口にコラーゲンシートを覆い、培養液の中で自己治癒する様子

「この指は培地から出てきたばかりで、少し『汗ばんで』いるように見える」と、論文の筆頭著者である東京大学の竹内昌治教授は言う。「指はモーター駆動なので、本物の指そっくりの外見に、モーターのクリック音という組み合わせが興味深い」

ヒューマノイド・ロボットは、しばしば医療業界やサービス業界でヒトと直接交流する仕事を担うため、「本物」のヒトに見えることは最重要課題の一つだ。外見がヒトに似ていれば、コミュニケーションの効率が上がり、好感度も上がるだろう。現在のシリコン製の皮膚でも、外見をヒトに似せることはできるが、しわなどの繊細なテクスチャや、皮膚に特有の機能に関しては優れているとは言えない。生きた皮膚のシートをロボットにまとわせる試みも、あまりうまくはいっていない。表面が不均一な動く物体に、皮膚を沿わせるのは難しいためだ。

「そのような方法では、熟練の職人のように、皮膚のシートを器用に裁断し縫い合わせなくてはならない」と、竹内は言う。「皮膚細胞で効率よく表面を覆うために、我々は、皮膚組織をロボットの表面に直接接着させる成形法を開発した。これにより、指型ロボットを継ぎ目のない皮膚で覆うことができた」

皮膚の培養については、研究チームはまず指型ロボットを、ヒト皮膚線維芽細胞とコラーゲンの混合溶液で満たしたシリンダーに浸した。皮膚線維芽細胞とコラーゲンは、皮膚結合組織を構成する主要成分だ。竹内によれば、今回の研究を成功に導いたのは、コラーゲンと線維芽細胞の混合物にもともと備わっている収縮性だ。この収縮を利用して、指にぴったりと密着させることができた。この層を均一な基盤として、その上にヒト表皮ケラチノサイト（角化細胞）の層が、ちょうどプライマーでの塗装のように密着する。ケラチノサイトは表皮の90％を占める細胞であり、ロボットに皮膚そっくりのテクスチャと、水分を維持するバリア機能をもたらす。

培養皮膚は、指型ロボットによる曲げ伸ばしのダイナミックな動きに耐えられるだけの強度と柔軟性を備えている。最外層は、ピンセットでつまんで引き伸ばせるくらいに厚く、撥水性があるため、特定のタスクにおいてさまざまな優位性を発揮するだろう。例えば、梱包材として一般的な、静電気を帯びた小さな発泡スチロールを扱うなどの作業が考えられる。さらに培養皮膚は、傷がついた場合にも、コラーゲンシートを貼り付けることで、ヒトの皮膚と同じように自己修復する。シートは徐々に培養皮膚と融合し、反復的な関節の動きに耐えられるようになるのだ。

「皮膚組織が、ロボットの表面に非常にスムーズに密着したことに驚いた」と、竹内は述べる。「しかし今回の研究は、生きた皮膚に覆われたロボットの開発における最初の一歩にすぎない」。この研究における培養皮膚は、本物の皮膚よりもはるかに脆弱であり、栄養供給と老廃物除去を継続的におこなわなければ長持ちしない。竹内のチームは、次の段階としてこうした問題の解決を目指している。またヒトの皮膚が備えている、より高度な機能的構造、例えば感覚ニューロン、毛包、爪、汗腺などを培養皮膚に統合することも視野に入れている。

「私の考えでは、生きた皮膚はロボットに生物と同じ外見と手触りを授けるための、究極の解決策だ。何といっても、動物の体を覆う素材とまったく同じものであるからだ」と竹内は述べた。

研究レポート：Living skin on a robot

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